[发明专利]一种分级多孔炭材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种分级多孔炭材料的制备方法及应用。本发明方法将活化剂草木灰水浴预处理，与壳聚糖混合，然后经过煅烧、酸洗等步骤，最后干燥固体制得分级多孔炭材料。本发明使用生物质草木灰作为活化剂无腐蚀性、便宜易得、来源广泛。制备的分级多孔炭具有高比电容、优异的倍率性能，制备过程简单方便、易于控制，可用于超级电容器、燃料电池电极材料、吸附等领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种分级多孔炭材料的制备方法及应用。

背景技术

近年来，随着化石燃料的消耗和全球变暖问题的加剧，能量储存和转换设备的发展已经引起人们的广泛关注。超级电容器作为一类重要的能量储存装置，因其诸多的优点受到了越来越多的青睐，例如，快速的充放电速率、长的循环寿命、高功率等优点。

电极材料是影响超级电容器性能的一个重要因素。由于来源广泛、便宜易得等优点，生物质被认为是最有前景的超级电容器电极材料。生物质多孔炭一般通过活化剂来提高比表面积，改变孔径的分布，进而提高超级电容器的储能性能。多孔炭的活化方法分为物理活化法和化学活化法，物理活化法常用的活化剂为水蒸气、空气、二氧化碳等，化学活化法常用的活化剂以H₃PO₄、KOH为代表。目前已经有利用生物质做活化剂制备分级多孔炭的报道。与传统碱性活化剂相比，生物质用作活化剂，避免了腐蚀性以及高温碳化气体对人和设备造成的危害，但是所制备的多孔炭比电容仅仅100A/g左右且倍率性能较差。因此，选择合适的生物质用作活化剂制备出比电容较高且倍率性能优异的分级多孔炭对于超级电容器电极材料具有重要意义。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种制备分级多孔炭材料的制备方法，本发明以生物质壳聚糖为原料，使用草木灰作为绿色活化剂，经过碳化活化制备分级多孔炭材料。将制备的分级多孔炭材料用作超级电容器的电极材料，极大提高了超级电容器的储能性能。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种分级多孔炭材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将生物质在空气燃烧得到草木灰，加入去离子水与草木灰混合，水浴搅拌，过滤；

步骤2，将壳聚糖与步骤1过滤后收集的滤液混合，并在水浴中加热搅拌；

步骤3，将步骤2水浴加热搅拌后的混合物置于烘箱中干燥；

步骤4，将步骤3干燥物在高温惰性气体中煅烧活化；

步骤5，将步骤4活化后的产物水浴后进行酸洗，然后用大量去离子水进行抽滤洗涤，直至洗涤液呈中性，最后将抽滤物干燥研磨后得到分级多孔炭材料。

进一步，所述步骤1中的生物质为棉壳、向日葵秸秆、玉米秆、稻秆其中的至少一种；所述去离子水与草木灰质量比为1-10：1，水浴温度为50-100℃，搅拌时间为1-5h。

所述步骤2中壳聚糖与步骤1草木灰的质量比为0.1-1：1，水浴温度为50-100℃，搅拌时间为1-5h。

所述步骤3中的干燥温度为60-120℃，干燥时间为3-8h。

所述步骤4中惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种，活化的碳化温度为400-900℃，活化时间为1-5h，升温速率为5℃/min。

所述步骤5中水浴温度为60℃，酸为1M的HCl，干燥温度为80℃，干燥时间为3h。

一种基于上述制备方法所获得的分级多孔炭材料，该材料的比表面积为1000-3000m²/g。

本发明还提供一种上述分级多孔炭材料的应用，用于制备超级电容器的电极材料、燃料电池催化剂以及吸附领域。

与现有技术相比本发明具有以下优点：